JPH0513808A - 二次元光位置検出素子 - Google Patents
二次元光位置検出素子Info
- Publication number
- JPH0513808A JPH0513808A JP2403003A JP40300390A JPH0513808A JP H0513808 A JPH0513808 A JP H0513808A JP 2403003 A JP2403003 A JP 2403003A JP 40300390 A JP40300390 A JP 40300390A JP H0513808 A JPH0513808 A JP H0513808A
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- JP
- Japan
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- layer
- pair
- incident position
- conductive
- conductive layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明はスポット光の入射位置を二次元的に
検出する二次元光位置検出素子を提供する。 【構成】 本発明の二次元光位置検出素子では、第１導
電型の低抵抗とされた半導体基板上に高抵抗の光電変換
層が形成され、これにより二次元光位置検出素子本体が
構成される。そして、光電変換層のスポット光が入射さ
れる領域を両側から挟むように一対の位置信号電極が設
けられると共に、一対の位置信号電極を互いに電気的に
接続する線状の第２導電型の導電層が光電変換層の表面
に形成されて半導体光入射位置検出素子が構成される。
さらに、導電層を両側から挟むように一対の第２導電型
の受光層が光電変換層の表面に形成されて、一対の受光
層と半導体基板との間で一対のホトダイオードが構成さ
れている。ここにおいて、受光層は導電層を両側から挟
むようにペアで配設されるため、ＰＳＤによる検出方向
と交叉する方向の光入射位置が、上記のペアのホトダイ
オードで検出される。このため、基板の片面において、
スポット光の入射位置を二次元的に検出できる。
検出する二次元光位置検出素子を提供する。 【構成】 本発明の二次元光位置検出素子では、第１導
電型の低抵抗とされた半導体基板上に高抵抗の光電変換
層が形成され、これにより二次元光位置検出素子本体が
構成される。そして、光電変換層のスポット光が入射さ
れる領域を両側から挟むように一対の位置信号電極が設
けられると共に、一対の位置信号電極を互いに電気的に
接続する線状の第２導電型の導電層が光電変換層の表面
に形成されて半導体光入射位置検出素子が構成される。
さらに、導電層を両側から挟むように一対の第２導電型
の受光層が光電変換層の表面に形成されて、一対の受光
層と半導体基板との間で一対のホトダイオードが構成さ
れている。ここにおいて、受光層は導電層を両側から挟
むようにペアで配設されるため、ＰＳＤによる検出方向
と交叉する方向の光入射位置が、上記のペアのホトダイ
オードで検出される。このため、基板の片面において、
スポット光の入射位置を二次元的に検出できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】 本発明はスポット光の入射位置
を二次元的に検出する二次元光位置検出素子に関する。
を二次元的に検出する二次元光位置検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】 光スポットの入射位置を二次元的に検
出する二次元光位置検出素子として、二次元光入射位置
検出素子（ＰＳＤ）や四分割型のホトダイオード（Ｐ
Ｄ）が知られている。二次元ＰＳＤには表面（片面）分
割型のものと両面分割型のものが知られており、前者で
は、二対の位置信号電極が共に半導体基板の表面側に形
成され、これら位置信号電極は基板表面に形成された高
抵抗の基板とは反対導電型の層に取り付けられている。
後者の両面分割型ＰＳＤでは、基板の表面側と裏面側に
各一対の位置信号電極が互いに交叉するように形成さ
れ、これら位置信号電極に挟まれた基板の表面と裏面に
それぞれ反対導電型の抵抗層が形成されている。一方、
四分割型ＰＤではスポット光を検出すべき中心位置のま
わりに、４個の受光層が形成されている。
出する二次元光位置検出素子として、二次元光入射位置
検出素子（ＰＳＤ）や四分割型のホトダイオード（Ｐ
Ｄ）が知られている。二次元ＰＳＤには表面（片面）分
割型のものと両面分割型のものが知られており、前者で
は、二対の位置信号電極が共に半導体基板の表面側に形
成され、これら位置信号電極は基板表面に形成された高
抵抗の基板とは反対導電型の層に取り付けられている。
後者の両面分割型ＰＳＤでは、基板の表面側と裏面側に
各一対の位置信号電極が互いに交叉するように形成さ
れ、これら位置信号電極に挟まれた基板の表面と裏面に
それぞれ反対導電型の抵抗層が形成されている。一方、
四分割型ＰＤではスポット光を検出すべき中心位置のま
わりに、４個の受光層が形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上記
の二次元ＰＳＤでは、位置検出誤差が大きい。一方、四
分割型ＰＤでは、光スポットの位置が中心位置から大き
くはずれると、検出が不能になってしまう。このため、
用途が制限されてしまう欠点があった。
の二次元ＰＳＤでは、位置検出誤差が大きい。一方、四
分割型ＰＤでは、光スポットの位置が中心位置から大き
くはずれると、検出が不能になってしまう。このため、
用途が制限されてしまう欠点があった。
【０００４】そこで本発明は、かかる従来技術の欠点を
克服した二次元光位置検出素子を提供することを目的と
する。
克服した二次元光位置検出素子を提供することを目的と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】 本発明に係る二次元光
位置検出素子は、第１導電型の半導体基板の第一面の両
端に一対の位置信号電極が設けられると共に、一対の位
置信号電極を互いに電気的に接続する線状の第２導電型
の導電層が形成されて半導体光入射位置検出素子が構成
され、線状の導電層の間に入り組んでこの導電層を両側
から挾むように一対の第二導電型の受光層が半導体基板
の第一面に形成されることによりホトダイオードが構成
されていることを特徴とする。
位置検出素子は、第１導電型の半導体基板の第一面の両
端に一対の位置信号電極が設けられると共に、一対の位
置信号電極を互いに電気的に接続する線状の第２導電型
の導電層が形成されて半導体光入射位置検出素子が構成
され、線状の導電層の間に入り組んでこの導電層を両側
から挾むように一対の第二導電型の受光層が半導体基板
の第一面に形成されることによりホトダイオードが構成
されていることを特徴とする。
【０００６】また、本発明に係る二次元光位置検出素子
は、少なくとも上面側が第１導電型の低抵抗とされた半
導体基板上に高抵抗の光電変換層が形成されて二次元光
位置検出素子本体が構成され、光電変換層のスポット光
を受光すべき領域を両側から挟むように一対の位置信号
電極が設けられると共に、一対の位置信号電極を互いに
電気的に接続する線状の第２導電型の導電層が光電変換
層の表面に形成されて半導体光入射位置検出素子が構成
され、導電層を両側から挟むように一対の第２導電型の
受光層が光電変換層の表面に形成されて、一対の受光層
と半導体基板との間で一対のホトダイオードが構成され
ていることを特徴とする。
は、少なくとも上面側が第１導電型の低抵抗とされた半
導体基板上に高抵抗の光電変換層が形成されて二次元光
位置検出素子本体が構成され、光電変換層のスポット光
を受光すべき領域を両側から挟むように一対の位置信号
電極が設けられると共に、一対の位置信号電極を互いに
電気的に接続する線状の第２導電型の導電層が光電変換
層の表面に形成されて半導体光入射位置検出素子が構成
され、導電層を両側から挟むように一対の第２導電型の
受光層が光電変換層の表面に形成されて、一対の受光層
と半導体基板との間で一対のホトダイオードが構成され
ていることを特徴とする。
【０００７】ここで、導電層と受光層の間の光電変換層
の表面に、第１導電型のアイソレーション層が形成され
るようにしてもよい。また、半導体基板は第一面が高抵
抗で、残余が低抵抗であるようにしてもよい。
の表面に、第１導電型のアイソレーション層が形成され
るようにしてもよい。また、半導体基板は第一面が高抵
抗で、残余が低抵抗であるようにしてもよい。
【０００８】
【作用】 本発明の構成によれば、ＰＳＤを構成する導
電層とホトダイオードを構成する受光層が、共に半導体
基板の第一面に形成される。ここにおいて、受光層は導
電層を両側から挟むようにペアで配設されるため、ＰＳ
Ｄによる検出方向と交叉する方向の光入射位置が、上記
のペアのホトダイオードで検出される。このため、基板
の片面において、スポット光の入射位置を二次元的に検
出できる。
電層とホトダイオードを構成する受光層が、共に半導体
基板の第一面に形成される。ここにおいて、受光層は導
電層を両側から挟むようにペアで配設されるため、ＰＳ
Ｄによる検出方向と交叉する方向の光入射位置が、上記
のペアのホトダイオードで検出される。このため、基板
の片面において、スポット光の入射位置を二次元的に検
出できる。
【０００９】
【実施例】 以下、添付図面を参照して本発明の実施例
を説明する。
を説明する。
【００１０】図１は実施例に係る二次元光位置検出素子
の構成を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−
Ａ線の拡大断面図である。図示の通り、基板１０はｎ+
型シリコン基板１１と、その上面に形成された厚さ数１
０μｍ程度（例えば７０μｍ〜数１００μｍ）のｉ型シ
リコン層１２により形成され、このｎ+ 型シリコン基板
１１が低抵抗で第１導電型の半導体基板、ｉ型シリコン
層１２も高抵抗の第１導電型層（光電変換層）をなして
いる。ｉ型シリコン層１２の表面には、図示の左右方向
に延びる一本の基幹導電層１３が形成され、この基幹導
電層１３からは多数本の分岐導電層１４1 ，１４2 …１
４n が両側に延びている。ここで、基幹導電層１３と分
岐導電層１４は共にｉ型シリコン層１２にｐ型不純物を
ドーピングして形成され、基幹導電層１３の抵抗率およ
び断面積は一様となっている。基板１０の両端部には一
対の位置信号電極１５ａ，１５ｂが設けられ、これに基
幹導電層１３の両端が接続されて、いわゆる一次元ＰＳ
Ｄが構成されている。
の構成を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−
Ａ線の拡大断面図である。図示の通り、基板１０はｎ+
型シリコン基板１１と、その上面に形成された厚さ数１
０μｍ程度（例えば７０μｍ〜数１００μｍ）のｉ型シ
リコン層１２により形成され、このｎ+ 型シリコン基板
１１が低抵抗で第１導電型の半導体基板、ｉ型シリコン
層１２も高抵抗の第１導電型層（光電変換層）をなして
いる。ｉ型シリコン層１２の表面には、図示の左右方向
に延びる一本の基幹導電層１３が形成され、この基幹導
電層１３からは多数本の分岐導電層１４1 ，１４2 …１
４n が両側に延びている。ここで、基幹導電層１３と分
岐導電層１４は共にｉ型シリコン層１２にｐ型不純物を
ドーピングして形成され、基幹導電層１３の抵抗率およ
び断面積は一様となっている。基板１０の両端部には一
対の位置信号電極１５ａ，１５ｂが設けられ、これに基
幹導電層１３の両端が接続されて、いわゆる一次元ＰＳ
Ｄが構成されている。
【００１１】一方、２分割型のＰＤは基幹導電層１３の
両側に、これを挟むように設けられる。すなわち、図１
（ａ）の上、下側のｉ型シリコン層１２の上に設けられ
た電極２１ａ，２１ｂからは左右方向に基幹受光層２２
が延びて、この基幹受光層２２からは基幹導電層１３の
方向に向って、分岐導電層１４1 ，１４2 ，…１４n の
間を分岐受光層２３1 ，２３2 ，…２３n-1 が延びてい
る。この基幹受光層２２および分岐受光層２３1 〜２３
n-1 は、基幹導電層１３および分岐導電層１４1 ，１４
2 …１４n と同様に、ｉ型シリコン層１２にｐ型不純物
をドーピングして形成されている。これにより、受光層
２３をＰ層、ｉ型シリコン層１２をＩ層、ｎ+ 型シリコ
ン基板１１をＮ層とする一対のＰＩＮホトダイオード
（二分割型ＰＤ）が構成されている。なお、ＰＳＤをな
す分岐導電層１４1 ，１４2，…１４n と、ＰＩＮホド
タイオードをなす分岐受光層２３1 ，２３2 ，…２３
n-1 の間のｉ型シリコン層１２には、ｎ+ 型層３１が形
成されて互いにアイソレーションされている。
両側に、これを挟むように設けられる。すなわち、図１
（ａ）の上、下側のｉ型シリコン層１２の上に設けられ
た電極２１ａ，２１ｂからは左右方向に基幹受光層２２
が延びて、この基幹受光層２２からは基幹導電層１３の
方向に向って、分岐導電層１４1 ，１４2 ，…１４n の
間を分岐受光層２３1 ，２３2 ，…２３n-1 が延びてい
る。この基幹受光層２２および分岐受光層２３1 〜２３
n-1 は、基幹導電層１３および分岐導電層１４1 ，１４
2 …１４n と同様に、ｉ型シリコン層１２にｐ型不純物
をドーピングして形成されている。これにより、受光層
２３をＰ層、ｉ型シリコン層１２をＩ層、ｎ+ 型シリコ
ン基板１１をＮ層とする一対のＰＩＮホトダイオード
（二分割型ＰＤ）が構成されている。なお、ＰＳＤをな
す分岐導電層１４1 ，１４2，…１４n と、ＰＩＮホド
タイオードをなす分岐受光層２３1 ，２３2 ，…２３
n-1 の間のｉ型シリコン層１２には、ｎ+ 型層３１が形
成されて互いにアイソレーションされている。
【００１２】上記の二次元光位置検出素子にスポット光
が入射されると、光電変換層としてのｉ型シリコン層１
２でホール、エレクトロンのペアが生成され、ホール一
部は一次元ＰＳＤで検出されて横方向の入射位置が求め
られ、一部はＰＤで検出されて縦方向の入射位置が求め
られる。すなわち、ｉ型シリコン層１２から分岐導電層
１４に流入したキャリア（ホール）は基幹導電層１３で
抵抗分割され、従って位置信号電極１５ａ，１５ｂから
は入射位置に対応した電流比で光電流が出力される。ま
た、ｉ型シリコン層１２から分岐受光層２３に流入した
ホールは電極２１ａ，２１ｂで出力されるが、この出力
電流の比はスポット光の入射位置に対応しており、従っ
て縦方向の入射位置が差分検出により求まる。
が入射されると、光電変換層としてのｉ型シリコン層１
２でホール、エレクトロンのペアが生成され、ホール一
部は一次元ＰＳＤで検出されて横方向の入射位置が求め
られ、一部はＰＤで検出されて縦方向の入射位置が求め
られる。すなわち、ｉ型シリコン層１２から分岐導電層
１４に流入したキャリア（ホール）は基幹導電層１３で
抵抗分割され、従って位置信号電極１５ａ，１５ｂから
は入射位置に対応した電流比で光電流が出力される。ま
た、ｉ型シリコン層１２から分岐受光層２３に流入した
ホールは電極２１ａ，２１ｂで出力されるが、この出力
電流の比はスポット光の入射位置に対応しており、従っ
て縦方向の入射位置が差分検出により求まる。
【００１３】本発明は上記実施例に限定されることな
く、種々の変形が可能である。
く、種々の変形が可能である。
【００１４】図２（ａ）〜（ｃ）は、これらの平面構造
を示している。同図（ａ）では、基幹導電層１３と分岐
導電層１４によりＰＳＤが構成され、この中央部分で分
岐導電層１４が設けられずに二分割型ＰＤ用の受光層２
４が設けられている。同図（ｂ）では、二分割型ＰＤ用
の分岐受光層２３は素子の中心部分のみで設けられてい
る。これは、左右方向で検出すべき範囲を特に広くとる
場合に適している。同図（ｃ）では、ＰＳＤの構造がこ
れまでの実施例と異なっている。すなわち、位置信号電
極１５ａと位置信号電極１５ｂを結ぶ導電層１６は、ｉ
型シリコン層１２上を蛇行するように設けられている。
を示している。同図（ａ）では、基幹導電層１３と分岐
導電層１４によりＰＳＤが構成され、この中央部分で分
岐導電層１４が設けられずに二分割型ＰＤ用の受光層２
４が設けられている。同図（ｂ）では、二分割型ＰＤ用
の分岐受光層２３は素子の中心部分のみで設けられてい
る。これは、左右方向で検出すべき範囲を特に広くとる
場合に適している。同図（ｃ）では、ＰＳＤの構造がこ
れまでの実施例と異なっている。すなわち、位置信号電
極１５ａと位置信号電極１５ｂを結ぶ導電層１６は、ｉ
型シリコン層１２上を蛇行するように設けられている。
【００１５】上記のような実施例の二次元光位置検出素
子は、いずれも半導体ウェーハの一面側のプロセスで作
製できるため、歩留りがよくコストが上昇することもな
い。また、特にデバイスを大型化することもない。
子は、いずれも半導体ウェーハの一面側のプロセスで作
製できるため、歩留りがよくコストが上昇することもな
い。また、特にデバイスを大型化することもない。
【００１６】本発明の二次元光位置検出素子は、スポッ
ト光の中心位置検出に用い得るだけでなく、追尾システ
ムなどにも用いることができる。例えば、カメラのオー
トフォーカス機構に組み込むことで、カメラの向きを被
写体の動きに合せてコントロールすることが可能にな
る。この場合、被写体の動きが水平方向で大きく、垂直
方向で小さいとき（通常の被写体はこのように動く）に
は、水平方向の動きがＰＳＤで検出され、垂直方向の動
きが二分割型ＰＤで検出されるようにすることで、例え
ば図２（ｂ）の二次元光位置検出素子を好適に活用でき
る。
ト光の中心位置検出に用い得るだけでなく、追尾システ
ムなどにも用いることができる。例えば、カメラのオー
トフォーカス機構に組み込むことで、カメラの向きを被
写体の動きに合せてコントロールすることが可能にな
る。この場合、被写体の動きが水平方向で大きく、垂直
方向で小さいとき（通常の被写体はこのように動く）に
は、水平方向の動きがＰＳＤで検出され、垂直方向の動
きが二分割型ＰＤで検出されるようにすることで、例え
ば図２（ｂ）の二次元光位置検出素子を好適に活用でき
る。
【００１７】
【発明の効果】 以上、詳細に説明した通り本発明で
は、ＰＳＤを構成する導電層とホトダイオードを構成す
る受光層が、共に高抵抗の光電変換層の表面に形成され
る。ここにおいて、受光層は導電層を両側から挟むよう
にペアで配設されるため、ＰＳＤによる検出方向と交叉
する方向の光入射位置が上記のペアのホトダイオードで
検出されるので、基板の片面において、スポット光の入
射位置を二次元的に検出できる。
は、ＰＳＤを構成する導電層とホトダイオードを構成す
る受光層が、共に高抵抗の光電変換層の表面に形成され
る。ここにおいて、受光層は導電層を両側から挟むよう
にペアで配設されるため、ＰＳＤによる検出方向と交叉
する方向の光入射位置が上記のペアのホトダイオードで
検出されるので、基板の片面において、スポット光の入
射位置を二次元的に検出できる。
【００１８】本発明による二次元光位置検出素子は、特
に安価、小型かつ形状の自由度が大きいので、各種のセ
ンサシステムに用いることができる。
に安価、小型かつ形状の自由度が大きいので、各種のセ
ンサシステムに用いることができる。
【図１】本発明の実施例に係る二次元光位置検出素子の
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図２】本発明の変形例に係る二次元光位置検出素子の
構造を示す図である。
構造を示す図である。
１０…基板
１１…ｎ+ 型シリコン基板
１２…ｉ型シリコン層（光電変換層）
１３…基幹導電層
１４1 ，１４2 ，…１４n …分岐導電層
１５ａ，１５ｂ…位置信号電極
１６…導電層
２１ａ，２１ｂ…電極
２２…基幹受光層
２３1 ，２３2 …２３n-1 …分岐受光層
２４…受光層
３１…ｎ+ 型層（アイソレーション用）
Claims (4)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体基板の第一面の両端
に一対の位置信号電極が設けられると共に、前記一対の
位置信号電極を互いに電気的に接続する線状の第２導電
型の導電層が形成されて半導体光入射位置検出素子が構
成され、 前記線状の導電層の間に入り組んでこの導電層を両側か
ら挾むように一対の第二導電型の受光層が前記半導体基
板の第一面に形成されることによりホトダイオードが構
成されていることを特徴とする二次元光位置検出素子。 - 【請求項２】 少なくとも上面側が第１導電型の低抵抗
とされた半導体基板上に高抵抗の光電変換層が形成され
て二次元光位置検出素子本体が構成され、 前記光電変換層のスポット光を受光すべき領域を両側か
ら挟むように一対の位置信号電極が設けられると共に、
前記一対の位置信号電極を互いに電気的に接続する線状
の第２導電型の導電層が前記光電変換層の表面に形成さ
れて半導体光入射位置検出素子が構成され、 前記導電層を両側から挟むように一対の第２導電型の受
光層が前記光電変換層の表面に形成されて、前記一対の
受光層と前記半導体基板との間で一対のホトダイオード
が構成されていることを特徴とする二次元光位置検出素
子。 - 【請求項３】 前記導電層と前記受光層の間の前記光電
変換層の表面に第１導電型のアイソーション層が形成さ
れていることを特徴とする請求項１または２記載の二次
元光位置検出素子。 - 【請求項４】 前記半導体基板は第一面側が高抵抗で残
余は低抵抗であることを特徴とする請求項１記載の二次
元光位置検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2403003A JPH0513808A (ja) | 1990-12-18 | 1990-12-18 | 二次元光位置検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2403003A JPH0513808A (ja) | 1990-12-18 | 1990-12-18 | 二次元光位置検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0513808A true JPH0513808A (ja) | 1993-01-22 |
Family
ID=18512757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2403003A Pending JPH0513808A (ja) | 1990-12-18 | 1990-12-18 | 二次元光位置検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0513808A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5536964A (en) * | 1994-09-30 | 1996-07-16 | Green; Evan D. H. | Combined thin film pinhole and semiconductor photodetectors |
| WO2000001018A1 (fr) * | 1998-06-30 | 2000-01-06 | Hamamatsu Photonics K.K. | Detecteur de position a semi-conducteur |
| WO2000022680A1 (fr) * | 1998-10-13 | 2000-04-20 | Hamamatsu Photonics K.K. | Detecteur de position a semiconducteurs |
| WO2006129427A1 (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | 光センサ及び表示装置 |
| US7800038B2 (en) | 2004-02-02 | 2010-09-21 | Hamamatsu Photonis K.K. | Photodetector device |
| JPWO2015189732A1 (ja) * | 2014-06-09 | 2017-04-20 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 撮像装置 |
-
1990
- 1990-12-18 JP JP2403003A patent/JPH0513808A/ja active Pending
Cited By (11)
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|---|---|---|---|---|
| US5536964A (en) * | 1994-09-30 | 1996-07-16 | Green; Evan D. H. | Combined thin film pinhole and semiconductor photodetectors |
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